제일원리 계산이론을 통한 육각형 질화붕소 양자광원에 대한 곡률 효과

Abstract

최근 이차원 물질을 호스트로 하는 점결함 기반 양자 광원(Single photon emitter, SPE)이 각광을 받는다. 특히 육각형 질화붕소(hexagonal boron nitride, h-BN)는 큰 밴드갭과 높은 열적 안정성을 가진 양자광원 호스트 물질이다. 육각형 질화붕소 양자광원은 실온 작동이 가능하며, 광회로와의 통합이 용이해 광추출에 있어서 높은 효율을 보인다. 본 논문에서 육각형 질화붕소 양자 광원에 대한 전체적인 연구 배경에 대해 개괄하며 제일원리 계산을 통해 육각형 질화붕소 주름 위에 곡률이 양자 광원에 미치는 효과를 탐구한다. 제일원리 계산이론을 사용하여 육각형 질화붕소에서 공진 기반 점결함이 주름 위에 위치할 때 에너지적으로 안정화 된다는 사실을 보였다. 이는 주름의 곡률 효과로 공진 기반 점결함은 곡률 크기에 따라 더욱 에너지적으로 안정화되는 경향을 보였다. 그리고 양자광원 강력한 후보로 여겨지는 VNNB와 VNCB 같은 defect complex 유형의 경우, 양자광원의 편광이 주름 방향으로 정렬한다는 것을 보였다. 이러한 결과를 실험적으로 확인하기 위해 주름 위에 양자 광원의 광학적 특성을 측정했다. 실험 결과, 주름 위에서 많은 수의 양자광원이 선택적으로 형성되며 양자광원의 편광이 주름 방향과 일치한다는 것을 보였다. 우리의 결과는 육각형 질화붕소 양자광원의 곡률 효과에 대한 근본적인 이해를 제시할 뿐만 아니라 주름 위에서 양자광원이 공진 기반의 점결함 구조일 수 있다는 실마리를 제공한다. 더 나아가 이러한 이해를 바탕으로 양자 광원의 위치와 편광을 제어하는 방법을 제안했으며, 육각형 질화붕소 양자광원 기반 양자 기술 실현에 크게 기여한 것으로 평가할 수 있다.